Le bilance di pressione (dette anche a pesi) a doppio pistone possono migliorare notevolmente la capacità di un laboratorio di tarare ampi campi di pressione con la massima precisione. Per i trasduttori e gli strumenti in prova (DUT) che utilizzano un ampio campo di misura, la taratura può essere un processo lungo, poiché per tarare l’intero campo è necessario sostituire i pistoni tra i punti di prova.
Tuttavia, una bilancia di pressione a doppio pistone è dotata di un pistone per alta pressione e uno per bassa pressione. Quando si tratta di effettuare una taratura, questo sistema consente al tecnico maggiore flessibilità ed efficienza. Esso è il risultato di decenni di innovazione e interazione con i clienti alla ricerca della migliori soluzione per le specifiche esigenze del settore.
Formula per il calcolo della pressione
Sin dalla rivoluzione industriale, nelle industrie di processo la misura di pressione ad alta precisione è sempre stata un requisito fondamentale. Per misurare e monitorare le condizioni di pressione sono stati utilizzati strumenti di misura della pressione come i manometri. Questi strumenti, tuttavia, devono essere tarati rispetto a strumenti con un grado di precisione più elevato. Le bilance a pesi (dette anche bilance di pressione) sono strumenti ad alta precisione utilizzati nella taratura di strumenti di misura elettronici o meccanici della pressione. Il componente principale di una bilancia di pressione è un accoppiamento pistone-cilindro realizzato con alta precisione, sul quale viene applicata una massa in modo da generare i singoli punti di prova di una taratura.
La massa applicata è proporzionale alla pressione obiettivo, che si ottiene attraverso masse graduate in modo ottimale. L’esecuzione dell’intero sistema di taratura, nonché la realizzazione di precisione del pistone e del cilindro, garantiscono prestazioni di qualità con lunghi tempi di rotazione libera e bassi tassi di caduta del pistone. Grazie a incertezze di misura fino allo 0,002% della lettura, le bilance a pesi rappresentano il campione primario nel settore della calibrazione di pressione.
Una bilancia di pressione è in genere costituita da un accoppiamento pistone-cilindro singolo. Per tarare campi di misura multipli o estesi ciò richiede la modifica dei set di masse. Questo può diventare un processo ingombrante, che richiede molte risorse. Nel 1953, un’azienda oggi nota come DH-Budenberg ha aperto la strada alla prima tecnologia a pistone-cilindro a doppio campo che utilizza due pistoni alloggiati concentricamente in un’unica unità. DH-Budenberg è stata successivamente acquisita da WIKA nel 2011. Il primo progetto includeva pistoni da 1/8 in2 (bassa pressione) e 1/180 in2 (alta pressione) alloggiati in un’unica unità. Usando un singolo set di masse era ora possibile generare due punti di equilibrio rispettivamente a 55 bar (bassa pressione) e 550 bar (alta pressione). A ciò è seguito il rilascio della versione per più alte pressioni in grado di generare una pressione fino a 1.100 bar.
Esecuzione del brevetto a doppio pistone
La prima versione del doppio pistone era in gran parte costruita con un rullo per utensili e aveva una precisione dello 0,03% della pressione misurata nel modello standard e dello 0,05% nel modello ad alta pressione. Nella taratura a doppio pistone, il carico sul pistone di bassa pressione viene trasferito al pistone ausiliario, direttamente collegato al supporto masse. Una volta ottenuta la pressione corretta, il mantello della testa del pistone fluttua all’interno del campo basso o “fascia blu”. Per raggiungere l’alta pressione, la pressione viene aumentata e il pistone di bassa pressione sale fino a quando un bordo a coltello sulla flangia inferiore crea una tenuta contro il cilindro a bassa pressione, che agisce così da cilindro di alta pressione. Poiché il pistone di bassa pressione non contribuisce al peso complessivo del pistone e del supporto masse, quest’ultimo si fa carico del peso ausiliario per compensare. Una volta raggiunta la pressione corretta, la parte inferiore della testa del pistone galleggia all’interno del campo alto o “fascia rossa”.
Questo iconico, brevettato accoppiamento pistone-cilindro a banda rossa e blu DH-Budenberg è stato riprogettato successivamente con i componenti sia del pistone che del cilindro realizzati in carburo di tungsteno. Grazie ai perfezionamenti nella generazione di pressione e nei processi di produzione dei pistoni, sono ora disponibili doppi campi di misura fino a 1.400 bar con precisione fino allo 0,006% della lettura.
Gli sviluppi della tecnologia a doppio pistone hanno reso le bilance di pressione, come la bilancia idraulica di pressione CPB5800 di DH-Budenberg, la principale bilancia a pesi per applicazioni industriali. È particolarmente utile per la taratura di un trasduttore con un ampio campo di misura, pur mantenendo l’elevata precisione per le prove e le tarature. Con l’uso di un solo set di masse e uno strumento di calibrazione, questo sistema è in grado di passare automaticamente tra più punti di prova di alta e bassa pressione, rendendo la taratura della pressione perfetta, efficiente ed economica.
La bilancia di pressione digitale CPD8500, invece, è uno strumento che combina le prestazioni di una bilancia di pressione a pesi manuale con l’efficienza e la facilità d’uso di un campione primario digitale avente dimensioni compatte
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